JP6583625B2 - 液体噴射装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置に関し、特に液体としてインクを吐出するインクジェット式記録ヘッドを具備するインクジェット式記録装置に関する。
被噴射媒体に液体を噴射する液体噴射装置には、例えば、液体としてインクを噴射させて紙や記録シートなどの被記録媒体、すなわち、被噴射媒体に印刷を行うインクジェット式記録装置が知られている。
このようなインクジェット式記録装置に搭載されるインクジェット式記録ヘッドは、長期間に亘って不使用の場合などには、記録ヘッドの吐出面を保護するキャップが搭載されているものがあるが、搭載されていない場合、あるいは、搭載されていてもキャップを開放した状態で放置しなければならない場合がある。例えば、圧力発生室内のインクが凍結して膨張した場合に、圧力発生室のインクの逃げ場がないと、圧力発生室内、特に振動板のクラックを引き起こすという問題を回避する場合、あるいは、キャップをしたまま長期間放置すると、キャップから受ける応力によりノズルプレートが剥離する場合などである。
このような状況で、特に、装置を移動するなどした場合、記録ヘッドからインクが垂れて装置内部が汚れてしまうという問題がある。
従来、フラッシング動作で噴射されたインク滴がフラッシングボックスに着弾する前に空気抵抗でミストとなって浮遊し、周囲を汚染させるという問題を解決したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１１１９３２号公報
しかしながら、上述した装置では、不使用時のインクの垂れに対する対策については特に開示がない。
なお、このような問題はインクジェット式記録装置だけではなく、インク以外の液体を噴射する液体噴射装置においても同様に存在する。
本発明はこのような事情に鑑み、不使用時の記録ヘッドからの液体の垂れによる汚染を防止することができる液体噴射装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の態様は、液体を吐出するノズルが設けられたノズル面を有し、往復移動するヘッドと、前記ヘッドの往復移動を規制するロック機構と、液体を受ける液体受け皿と、を備え、前記ヘッドの前記ノズル面は、前記ロック機構により往復移動が規制された状態において、前記液体受け皿と対向し、かつ、離間しており、前記液体受け皿と対向して前記ロック機構により往復移動が規制された状態のヘッドは、前記ノズルと連通するマニホールド内に気泡を含んでいる、ことを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、ヘッドのノズル面と、液体受け皿とを対向させた状態で、ヘッド（キャリッジ）の往復移動を規制できるので、垂れた液体による装置本体の汚れを低減できる。また、ヘッドのノズル面と、液体受け皿とを離間させた状態で、ヘッド（キャリッジ）の往復移動を規制するので、ヘッドのノズル面と、液体受け皿とが接触して長期間放置されることによる弊害を低減できる。また、ヘッド（キャリッジ）の往復移動を規制できるので、輸送時などにヘッドが勝手に動くのを防止することができる。また、マニホールド内に気泡を引き込むことにより、凍結対策をすることができる。
ここで、前記ロック機構は、第１の位置および第２の位置のそれぞれにて、前記ヘッドの往復移動を規制し、前記ヘッドは、前記ロック機構により前記第１の位置にて往復移動が規制された状態において、前記液体受け皿と対向し、かつ、離間し、前記ヘッドは、前記ロック機構により前記第２の位置にて往復移動が規制された状態において、キャップと対向し、かつ、接触している、ことが好ましい。かかる態様では、さらに第２の位置において、ノズルの乾燥を防止した状態で、ヘッドの移動を防止することができる。
また、前記液体受け皿は、排出路と接続された排出口を前記ノズル面に対向する面に有し、前記キャップは、前記ノズル面と密着して間に閉空間を形成するリブと、前記閉空間と大気とを連通させる大気開放経路とを有する、ことが好ましい。かかる態様では、ノズル内の液体の増粘を防止するキャップとは別に液体受け皿を有するので、垂れた液体が第１の液体受け皿の大気開放経路を塞ぐのを防ぐことができる。
また、前記液体受け皿は、前記ノズルから液体を吸引するためのポンプと接続されている、ことが好ましい。かかる態様では、液体受け皿を吸引キャップと共用し、ノズルからヘッド内の気泡を排出できる。
また、前記キャップは、前記ヘッドの往復移動により昇降し、前記液体受け皿は、前記ヘッドの往復移動により昇降しない、ことが好ましい。かかる態様では、ヘッドの往復移動により液体受け皿とヘッドとの接触および離間を切り替えることができるので、機構を簡素化することができる。
また、前記液体受け皿は、フラッシングの際に前記ヘッドから吐出される液体を受ける、ことが好ましい。かかる態様では、液体受け皿をフラッシング動作の際の受け皿と共用し、ノズル内の増粘した液体を、適宜排出することができる。
また、前記液体受け皿は、複数種類の液体のうち、最も垂れやすい液体のノズルに対向し、最も垂れにくい液体のノズルに対向しない寸法を有する、ことが好ましい。かかる態様では、液体受け皿を小型化し、省スペースとなる。
また、前記ロック機構は、互いにかみ合う凹部と凸部との一方であり、前記ヘッド又はキャリッジは、前記凹部と凸部との他方を、複数有する、ことが好ましい。かかる態様では、複数の凹部または凸部に対して、１つのロック機構によりヘッドの往復移動を規制することができるので、部品点数を減らすことができる。
本発明に関連する別の態様は、液体を吐出するノズルが設けられたノズル面を有し、往復移動するヘッドと、前記ヘッドの往復移動を規制するロック機構と、液体を受ける液体受け皿と、を備え、前記ヘッドの前記ノズル面は、前記ロック機構により往復移動が規制された状態において、前記液体受け皿と対向し、かつ、離間している、ことを特徴とする液体噴射装置にある。
かかる態様では、ヘッドのノズル面と、液体受け皿とを対向させた状態で、ヘッド（キャリッジ）の往復移動を規制できるので、垂れた液体による装置本体の汚れを低減できる。また、ヘッドのノズル面と、液体受け皿とを離間させた状態で、ヘッド（キャリッジ）の往復移動を規制するので、ヘッドのノズル面と、液体受け皿とが接触して長期間放置されることによる弊害を低減できる。また、ヘッド（キャリッジ）の往復移動を規制できるので、輸送時などにヘッドが勝手に動くのを防止することができる。
ここで、前記ロック機構は、第１の位置および第２の位置のそれぞれにて、前記ヘッドの往復移動を規制し、前記ヘッドは、前記ロック機構により前記第１の位置にて往復移動が規制された状態において、前記液体受け皿と対向し、かつ、離間し、前記ヘッドは、前記ロック機構により前記第２の位置にて往復移動が規制された状態において、キャップと対向し、かつ、接触している、ことが好ましい。かかる態様では、さらに第２の位置において、ノズルの乾燥を防止した状態で、ヘッドの移動を防止することができる。
また、前記液体受け皿は、排出路と接続された排出口を前記ノズル面に対向する面に有し、前記キャップは、前記ノズル面と密着して間に閉空間を形成するリブと、前記閉空間と大気とを連通させる大気開放経路とを有する、ことが好ましい。かかる態様では、ノズル内の液体の増粘を防止するキャップとは別に液体受け皿を有するので、垂れた液体が第１の液体受け皿の大気開放経路を塞ぐのを防ぐことができる。
また、前記液体受け皿は、前記ノズルから液体を吸引するためのポンプと接続されている、ことが好ましい。かかる態様では、液体受け皿を吸引キャップと共用し、ノズルからヘッド内の気泡を排出できる。
また、前記キャップは、前記ヘッドの往復移動により昇降し、前記液体受け皿は、前記ヘッドの往復移動により昇降しない、ことが好ましい。かかる態様では、ヘッドの往復移動により液体受け皿とヘッドとの接触および離間を切り替えることができるので、機構を簡素化することができる。
また、前記液体受け皿は、フラッシングの際に前記ヘッドから吐出される液体を受ける、ことが好ましい。かかる態様では、液体受け皿をフラッシング動作の際の受け皿と共用し、ノズル内の増粘した液体を、適宜排出することができる。
また、前記液体受け皿は、複数種類の液体のうち、最も垂れやすい液体のノズルに対向し、最も垂れにくい液体のノズルに対向しない寸法を有する、ことが好ましい。かかる態様では、液体受け皿を小型化し、省スペースとなる。
また、前記ロック機構は、互いにかみ合う凹部と凸部との一方であり、前記ヘッド又はキャリッジは、前記凹部と凸部との他方を、複数有する、ことが好ましい。かかる態様では、複数の凹部または凸部に対して、１つのロック機構によりヘッドの往復移動を規制することができるので、部品点数を減らすことができる。
また、前記第２の位置にて前記ロック機構により往復移動が規制された状態のヘッドは、前記ノズルと連通するマニホールド内に気泡を含んでいる、ことが好ましい。かかる態様では、マニホールド内に気泡を引き込むことにより、凍結対策をすることができる。
本発明の実施形態１に係る記録装置の概略斜視図である。 本発明の実施形態１に係るキャップを説明する斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの分解斜視図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの液体噴射面側の平面図である。 本発明の実施形態１に係る記録ヘッドの断面図である。 本発明の実施形態１に係る記録装置の各モードを説明する図である。 実施形態１の各モードを説明する模式図である。 モード１の実施後の凍結状態を説明する模式図である。 モード１を実施しない場合の凍結状態を説明する模式図である。 他の実施形態に係るモード１、２の状態を説明する図である。 他の実施形態に係る記録ヘッドの一例を示す断面図である。
以下に本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る液体噴射装置の一例であるインクジェット式記録装置の概略構成を示す斜視図、図２は、キャップ手段である吸引キャップ及び保護キャップ並びに液体受け皿を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の液体噴射装置Ｉでは、液体噴射ヘッドユニット１がキャリッジ２に搭載されている。そして、液体噴射ヘッドユニット１が搭載されたキャリッジ２は、筐体３に取り付けられたキャリッジ軸２ａに対して軸方向へ移動可能に設けられている。
また、筐体３には、液体が貯留された貯留手段４が設けられており、貯留手段４からの液体は、キャリッジ２に搭載された液体噴射ヘッドユニット１にチューブ４ａを介して供給される。 また、チューブ４ａの貯留手段４の近傍には、各チューブ４ａの流路を閉塞するチョーク弁である閉塞手段５が設けられている。
そして、駆動モーター６の駆動力が複数のプーリー６ａおよびタイミングベルト６ｂを介してキャリッジ２に伝達されることで、液体噴射ヘッドユニット１を搭載したキャリッジ２はキャリッジ軸２ａに沿って移動される。すなわち、本実施形態では、キャリッジ２、駆動モーター６、複数のプーリー６ａおよびタイミングベルト６ｂなどが移動機構を構成する。一方、筐体３には搬送手段としての搬送ローラー７が設けられており、紙等の記録媒体である記録シートＳが搬送ローラー７により搬送されるようになっている。なお、記録シートＳを搬送する搬送手段は、搬送ローラーに限られずベルトやドラム等であってもよい。
このような液体噴射装置Ｉでは、キャリッジ２がキャリッジ軸２ａに沿って移動されると共に液体噴射ヘッドユニット１によって液体が液滴として吐出されて記録シートＳに着弾される。
また、キャリッジ２の移動方向の端部である搬送ローラー７の側方の非印刷領域には、キャップ手段である吸引キャップ８、保護キャップ９、及び液体受け皿１１０が設けられている。
吸引キャップ８は、液体噴射ヘッドユニット１のノズル面全体を覆うものではなく、液体噴射ヘッドユニット１に含まれる複数のヘッド毎のノズル面を覆う大きさを有し、ヘッド毎に吸引動作を行うものである。また、吸引キャップ８のノズル面に対向する底面には、排出口８ａが設けられ、排出口８ａには排出路８ｂを介して吸引手段８ｃが接続されている。また、吸引キャップ８は、ノズル面側に、リブ８ｄを有する。リブ８ｄは、ノズル面に密着し、その内方のノズル面との間に閉空間を形成するものであり、吸引手段８ｃは、閉空間を減圧にして、ノズル面のノズル開口から液体を吸引するものである。
保護キャップ９は、液体噴射ヘッドユニット１の複数のヘッドのノズル面を覆う大きさを有し、ノズル面に当接するリブ９ａを有する。リブ９ａは、ノズル面に密着し、その内方のノズル面との間に閉空間を形成するものである、また、保護キャップ９は、図示しない大気開放経路（蛇道）を備える。保護キャップ９は、不使用時（長期間放置する際（後述するモード３）にノズル開口２１の乾燥を防止するために用いるものであるが、保護キャップ９の内方には液体を吸着するスポンジなどの吸着部材などが設けられているだけであり、液体の排出機構はない。
液体受け皿１１０は、液体噴射ヘッドユニット１の複数のヘッドのノズル面を覆う大きさを有し、ノズル面に対向する底面には、排出口１１１が設けられ、排出口１１１には排出路１１２が接続され、図示しない廃液タンク等につながっている。液体受け皿１１０は、フラッシング動作の際の液体の受け皿として使用されるが、さらに、後述するモード１及びモード２の不使用時の際に用いられる。
なお、吸引キャップ８を保護キャップ９と同じ大きさとして、保護キャップ９を吸引キャップ８とは別に設けないで、吸引キャップ８が保護キャップとしても用いられるようにしてもよい。
上述した液体噴射装置Ｉでは、液体噴射ヘッドユニット１がキャリッジ２に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、液体噴射ヘッドユニット１が筐体３に固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。ここで、シリアル式の場合のヘッドユニットの主走査方向の移動も、ライン式のヘッドユニットの上下方向の昇降も、本発明のヘッドの往復移動に該当する。
また、上述した例では、液体噴射装置Ｉは、貯留手段４が筐体３に搭載された構成であるが、特にこれに限定されず、例えば、貯留手段４が筐体３に搭載されておらず、液体噴射装置Ｉの外部から液体が供給されてもよい。
ここで、このようなインクジェット式記録装置に搭載されるヘッドユニット１を構成するインクジェット式記録ヘッドの一例について図３〜図５を参照して説明する。なお、図３は、インクジェット式記録ヘッドの分解斜視図であり、図４は、インクジェット式記録ヘッドの液体噴射面側の平面図であり、図５は、図４のＡ−Ａ′線断面図である。
図示するように、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩＩは、ヘッド本体１１、ケース部材４０等の複数の部材を備え、これら複数の部材が接着剤等によって接合されている。本実施形態では、ヘッド本体１１は、流路形成基板１０と、連通板１５と、ノズルプレート２０と、保護基板３０と、コンプライアンス基板４５と、を具備する。
ヘッド本体１１を構成する流路形成基板１０は、ステンレス鋼やＮｉなどの金属、ＺｒＯ２あるいはＡｌ２Ｏ３を代表とするセラミック材料、ガラスセラミック材料、ＭｇＯ、ＬａＡｌＯ３のような酸化物などを用いることができる。本実施形態では、流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板からなる。この流路形成基板１０には、一方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁によって区画された圧力発生室１２がインクを吐出する複数のノズル開口２１が並設される方向に沿って並設されている。以降、この方向を圧力発生室１２の並設方向、又は第１の方向Ｘと称する。また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２が第１の方向Ｘに並設された列が複数列、本実施形態では、２列設けられている。この圧力発生室１２が第１の方向Ｘに沿って形成された圧力発生室１２の列が複数列設された列設方向を、以降、第２の方向Ｙと称する。
また、流路形成基板１０には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部側に、当該圧力発生室１２よりも開口面積が狭く、圧力発生室１２に流入するインクの流路抵抗を付与する供給路等が設けられていてもよい。
また、流路形成基板１０の一方面側には、連通板１５が接合されている。また、連通板１５には、各圧力発生室１２に連通する複数のノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接合されている。
連通板１５には、圧力発生室１２とノズル開口２１とを連通するノズル連通路１６が設けられている。連通板１５は、流路形成基板１０よりも大きな面積を有し、ノズルプレート２０は流路形成基板１０よりも小さい面積を有する。このようにノズルプレート２０の面積を比較的小さくすることでコストの削減を図ることができる。なお、本実施形態では、ノズルプレート２０のノズル開口２１が開口されて、インク滴が吐出される面を液体噴射面２０ａ（ノズル面ともいう）と称する。
また、連通板１５には、マニホールド１００の一部を構成する第１マニホールド部１７と、第２マニホールド部１８とが設けられている。
第１マニホールド部１７は、連通板１５を厚さ方向（連通板１５と流路形成基板１０との積層方向）に貫通して設けられている。
また、第２マニホールド部１８は、連通板１５を厚さ方向に貫通することなく、連通板１５のノズルプレート２０側に開口して設けられている。
さらに、連通板１５には、圧力発生室１２の第２の方向Ｙの一端部に連通する供給連通路１９が、各圧力発生室１２毎に独立して設けられている。この供給連通路１９は、第２マニホールド部１８と圧力発生室１２とを連通する。
このような連通板１５としては、ステンレスやＮｉなどの金属、またはジルコニウムなどのセラミックなどを用いることができる。なお、連通板１５は、流路形成基板１０と線膨張係数が同等の材料が好ましい。すなわち、連通板１５として流路形成基板１０と線膨張係数が大きく異なる材料を用いた場合、加熱や冷却されることで、流路形成基板１０と連通板１５との線膨張係数の違いにより反りが生じてしまう。本実施形態では、連通板１５として流路形成基板１０と同じ材料、すなわち、シリコン単結晶基板を用いることで、熱による反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。
また、ノズルプレート２０には、各圧力発生室１２とノズル連通路１６を介して連通するノズル開口２１が形成されている。すなわち、ノズル開口２１は、同じ種類の液体（インク）を噴射するものが第１の方向Ｘに並設され、この第１の方向Ｘに並設されたノズル開口２１の列が第２の方向Ｙに２列形成されている。
このようなノズルプレート２０としては、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属、ポリイミド樹脂のような有機物、又はシリコン単結晶基板等を用いることができる。なお、ノズルプレート２０としてシリコン単結晶基板を用いることで、ノズルプレート２０と連通板１５との線膨張係数を同等として、加熱や冷却されることによる反りや熱によるクラック、剥離等の発生を抑制することができる。
一方、流路形成基板１０の連通板１５とは反対面側には、振動板５０が形成されている。本実施形態では、振動板５０として、流路形成基板１０側に設けられた酸化シリコンからなる弾性膜５１と、弾性膜５１上に設けられた酸化ジルコニウムからなる絶縁体膜５２と、を設けるようにした。なお、圧力発生室１２等の液体流路は、流路形成基板１０を一方面側、すなわち、ノズルプレート２０が接合された面側から異方性エッチングすることにより形成されており、圧力発生室１２等の液体流路の他方面は、弾性膜５１によって画成されている。
また、振動板５０の絶縁体膜５２上には、第１電極６０と、圧電体層７０と、第２電極８０とが、本実施形態では、成膜及びリソグラフィー法によって積層形成されて圧電アクチュエーター３００を構成している。ここで、圧電アクチュエーター３００は、圧電素子３００ともいい、第１電極６０、圧電体層７０及び第２電極８０を含む部分をいう。一般的には、圧電アクチュエーター３００の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層７０を各圧力発生室１２毎にパターニングして構成する。そして、ここではパターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層７０から構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、第１電極６０を圧電アクチュエーター３００の共通電極とし、第２電極８０を圧電アクチュエーター３００の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合でこれを逆にしても支障はない。なお、上述した例では、第１電極６０が、複数の圧力発生室１２に亘って連続して設けられているため、第１電極６０が振動板の一部として機能するが、勿論これに限定されるものではなく、例えば、上述の弾性膜５１及び絶縁体膜５２の何れか一方又は両方を設けずに、第１電極６０のみが振動板として作用するようにしてもよい。
また、流路形成基板１０の圧電アクチュエーター３００側の面には、流路形成基板１０と略同じ大きさを有する保護基板３０が接合されている。保護基板３０は、圧電アクチュエーター３００を保護するための空間である保持部３１を有する。また、保護基板３０には、厚さ方向（流路形成基板１０と保護基板３０との積層方向）に貫通する貫通孔３２が設けられている。リード電極９０の第２電極８０に接続された一端部とは反対側の他端部は、この貫通孔３２内に露出するように延設され、リード電極９０と駆動ＩＣ等の駆動回路１０１を実装した配線基板１０２とが、貫通孔３２内で電気的に接続されている。
また、このような構成のヘッド本体１１には、複数の圧力発生室１２に連通するマニホールド１００をヘッド本体１１と共に画成するケース部材４０が固定されている。ケース部材４０は、平面視において上述した連通板１５と略同一形状を有し、保護基板３０に接合されると共に、上述した連通板１５にも接合されている。具体的には、ケース部材４０は、保護基板３０側に流路形成基板１０及び保護基板３０が収容される深さの凹部４１を有する。この凹部４１は、保護基板３０の流路形成基板１０に接合された面よりも広い開口面積を有する。そして、凹部４１に流路形成基板１０等が収容された状態で凹部４１のノズルプレート２０側の開口面が連通板１５によって封止されている。これにより、流路形成基板１０の外周部には、ケース部材４０とヘッド本体１１とによって第３マニホールド部４２が画成されている。そして、連通板１５に設けられた第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８と、ケース部材４０とヘッド本体１１とによって画成された第３マニホールド部４２と、によって本実施形態のマニホールド１００が構成されている。
なお、ケース部材４０の材料としては、例えば、樹脂や金属等を用いることができる。ちなみに、ケース部材４０として、樹脂材料を成形することにより、低コストで量産することができる。
また、連通板１５の第１マニホールド部１７及び第２マニホールド部１８が開口する面には、コンプライアンス基板４５が設けられている。このコンプライアンス基板４５が、第１マニホールド部１７と第２マニホールド部１８の液体噴射面２０ａ側の開口を封止している。
このようなコンプライアンス基板４５は、本実施形態では、封止膜４６と、固定基板４７と、を具備する。封止膜４６は、可撓性を有する薄膜（例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）等により形成された厚さが２０μｍ以下の薄膜）からなり、固定基板４７は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属等の硬質の材料で形成される。この固定基板４７のマニホールド１００に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部４８となっているため、マニホールド１００の一方面は可撓性を有する封止膜４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部となっている。
なお、ケース部材４０には、マニホールド１００に連通して各マニホールド１００にインクを供給するための導入路４４が設けられている。また、ケース部材４０には、保護基板３０の貫通孔３２に連通して配線基板１２１が挿通される接続口４３が設けられている。
このような構成のインクジェット式記録ヘッドＩＩでは、インクを噴射する際に、インクカートリッジから導入路４４を介してインクを取り込み、マニホールド１００からノズル開口２１に至るまで流路内部をインクで満たす。その後、駆動回路１０１からの信号に従い、圧力発生室１２に対応する各圧電アクチュエーター３００に電圧を印加することにより、圧電アクチュエーター３００と共に振動板５０をたわみ変形させる。これにより、圧力発生室１２内の圧力が高まり所定のノズル開口２１からインク滴が噴射される。なお、本実施形態のインクジェット式記録ヘッドＩＩでは、接続口４３からノズル開口２１までを液体流路と称する。すなわち、液体流路は、接続口４３、マニホールド１００、供給連通路１９、圧力発生室１２、ノズル連通路１６及びノズル開口２１で構成されている。
また、ヘッド本体１１の液体噴射面２０ａ側には、本実施形態の保護部材であるカバーヘッド１０５が設けられている。カバーヘッド１０５は、コンプライアンス基板４５の連通板１５とは反対面側に接合されており、コンプライアンス部４９の流路（マニホールド１００）とは反対側の空間を封止する。なお、カバーヘッド１０５には、ノズル開口２１を露出する露出開口部１０６が設けられている。本実施形態では、露出開口部１０６は、ノズルプレート２０を露出する大きさ、つまり、コンプライアンス基板４５と同じ開口を有する。
また、カバーヘッド１０５は、本実施形態では、ヘッド本体１１の側面（液体噴射面２０ａとは交差する面）を覆うように、液体噴射面２０ａ側から端部が屈曲して設けられている。
このようなカバーヘッド１０５は、本実施形態では、インク（液体）の吐出方向において、ノズルプレート２０の液体噴射面２０ａよりも記録シートＳ側に突出して設けられている。このように、カバーヘッド１０５を液体噴射面２０ａよりも記録シートＳ側に突出させることで、記録シートＳがノズルプレート２０に接触し難くなり、記録シートＳがノズルプレート２０に接触することによるノズルプレート２０の変形及び剥離等の発生を抑制することができる。
また、このようなカバーヘッド１０５の液体噴射面２０ａと同じ側の面、すなわち、コンプライアンス基板４５とは反対側の面には、ノズルプレート２０と同様に、撥液性を有する撥液膜を設けるようにしてもよい。
ここで、吸引キャップ８又は保護キャップ９によりキャップされる領域は、液体噴射面２０ａに沿う平面上において、ノズルプレート２０全体と、マニホールド１００の少なくとも一部に対応する領域を含む部分、すなわち、吸引キャップ８又は保護キャップ９の端部がマニホールド１００を規定するコンプライアンス基板４５の可撓性を有する封止膜４６のみで封止された可撓部であるコンプライアンス部に対応する領域を含む部分である。
このようなインクジェット式記録ヘッドＩＩは、第２の方向Ｙがキャリッジ２の移動方向である主走査方向となるように、インクジェット式記録装置Ｉに搭載される。
図６は、制御手段であるプリンターコントローラーがモード１〜３を実行の様子を説明する図である。図６に示すように、プリンターコントローラー２００は、電源オフ又は節電状態とする際に、モード１〜３を実行する。
ここで、モード１の実施は、圧力発生室１２やマニホールド１００内の液体の凍結による圧力発生室１２内の圧力上昇による振動板等のクラック（以下では、破壊と表現する場合もある）を防止するものであり、長時間使用しない場合、製品を移動、搬送する際に、使用環境温度が液体凍結温度を下回る際などに実行されるものである。このモード１では、ノズル開口２１と連通するマニホールド１００内に気泡を含ませる処理が行われる。この気泡を引き込むための駆動は、後述するロック機構９１０による往復移動の規制前でもよいし、規制後でもよい。
ここで、マニホールド１００内に引き込む気泡の量はマニホールド１００の体積の１０％以上、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上である。これにより、圧力発生室１２やマニホールド１００内の液体の凍結による圧力発生室１２内の圧力上昇による振動板等のクラックを有効に防止することができる。
このモード１の選択は、例えば、ユーザーがモード１選択スイッチをオンにするなどのユーザー指令２０１に基づいて行われる。なお、ユーザー指令２０１の他、環境温度を測定する温度センサーなどの検知手段からの外部温度情報２０２をプリンターコントローラー２００が取得し、これに基づいてモード１を実行するか否かの判断をし、これに基づいてモード１を実行してもよい。モード１の実施を、ユーザーの選択に掛からしめる場合であっても、検知手段の検知結果に掛からしめる場合であっても、振動板等の破壊を防止することができ、操作性に富む。
モード１は、具体的には、マニホールド１００内に気泡を引き込んだ状態で、液体噴射ヘッドユニット１のノズル面が液体受け皿１１０に対向するが、ノズル開口２１がキャップされない状態で、電源が切られるあるいは節電状態となるモードである。マニホールド１００内に気泡を引き込むことにより、凍結対策となる。また、液体受け皿１１０がノズル開口２１に対向して配置されるので、気泡が膨張しノズル開口２１から液体が垂れやすくなったとしても、垂れた液体による装置本体の汚れを低減できる。
この様子を図７に示す。図７Ａは、電源オフによりキャリッジ２が液体受け皿１１０に対向する領域まで移動し、液体受け皿１１０がノズルプレート２０に密着しない状態で停止した状態である。この状態をモード１後の停止状態とする。
また、図７Ａの状態では、キャリッジ２の往復方向への移動を規制する規制手段であるキャリッジロック機構（ロック機構ともいう）９１０のロック棒９１１がキャリッジ２の第１の位置のロック穴９１３に挿入され、固定されるようになっている。このキャリッジロック機構９１０は、通常は図７Ｂのモード３の際に使用される。本実施形態では、モード１実行後の搬送を考慮し、図７Ａの状態、すなわち、保護キャップ９がノズルプレート２０に密着しない状態でキャリッジ２を固定できるようにするため、キャリッジ２に第２のロック穴９１３を設け、キャリッジ２を固定している。この位置を上述した通り、第１の位置とする。これにより、搬送時などのキャリッジ２の不測の移動を防止することができる。このように、１つのロック機構９１０で、２つのロック穴９１２、９１３に対応した位置で往復方向の移動を規制できるので、部品点数を低減できるという効果を奏する。なお、ロック機構９１０側に凹部を設け、キャリッジ２側に凸部を設けて、両者を係合させてロック状態としてもよい。
また、モード２は、保護キャップ９を使用しない状態で、搬送等を行いたい場合に選択するモードであり、ノズル開口２１と連通するマニホールド１００内に気泡を含ませる処理を行わない以外は、モード１と同じである。すなわち、図７Ａに示すように、電源オフによりキャリッジ２が液体受け皿１１０に対向する領域まで移動し、液体受け皿１１０がノズルプレート２０に密着しない状態で停止した状態である。このモード２では、液体噴射ヘッドユニット１が液体受け皿１１０に対向した状態で、キャリッジ２の往復方向の移動が規制されるので、装置を搬送などで移動させても、キャリッジ２が不測に移動することがなく、また、垂れた液体により装置本体を汚染することがない。
なお、モード２及び上記モード１は、液体受け皿１１０を設けないで、保護キャップ９に液体噴射ヘッドユニット１を対応させるが、離間させた状態として、キャリッジ２をロック状態としてもよい。しかしながら、本実施形態では、保護キャップ９とは別に液体受け皿１１０を設けているので、垂れた液体が保護キャップ９の大気開放経路を塞ぐのを防ぐことができる。
一方、モード３は、通常モードであり、凍結などの虞がない状態の場合であり、保護キャップ９によりノズル開口２１がキャップされた状態で、電源が切られるあるいは節電状態となるモードである。
図７Ｂは、モード３の状態を示したものであり、保護キャップ９及び支持部材９０１が傾斜台９０３に沿って斜め上方に移動し、保護キャップ９がノズルプレート２０に密着した状態となる。
すなわち、キャリッジ２が非印刷領域の保護キャップ９に対向する領域に移動すると、保護キャップ９を支持する支持部材９０１に設けられた係止部材９０２がキャリッジ２に係止され、保護キャップ９及び支持部材９０１が傾斜台９０３に沿って斜め上方に移動するようになっている。
図７Ｂの状態では、キャリッジ２の移動を規制する規制手段であるキャリッジロック機構９１０のロック棒９１１がキャリッジ２のロック穴９１２に挿入され、固定されるようになっている。
なお、ここで、電源オフとは、メインスイッチをオフにした状態の他、節電モードなどによるオフ状態を含むものである。ここで、節電モードとは、液体噴射装置が備える駆動回路への電源供給を遮断したり、検知手段の回路への電源供給を遮断したり、これらへ供給される電源の電圧を下げたり、液体噴射装置が備えるパネルの表示をオフしたりするなどの少なくとも何れかを実施した状態であり、印刷待ちなどの待機状態や動作状態とは完全に区別されるものである。
このようなモード１の停止状態とするのは、ノズル開口２１近傍を積極的に環境温度に晒し、ノズル開口２１内に液体がある場合には、ノズル開口２１内の液体からの凍結を先行させるためである。
上述したように、保護キャップ９によりキャップされる領域は、液体噴射面２０ａに沿う平面上において、ノズルプレート２０全体と、マニホールド１００の少なくとも一部に対応する領域を含む部分である。すなわち、保護キャップ９によりキャッピングした状態では、ノズルプレート２０とコンプライアンス基板４５のコンプライアンス部などのマニホールド１００の下部とが同じ温度に晒されることになる。
図９はこの状態を示したものであり、図９において、液体はドットパターンで表し、凍結したものはハッチングで表す。
図９Ａに示すように、ノズル開口２１からマニホールド１００まで液体が充填された状態で、凍結が始まると、ノズル開口２１の中の液体の凍結とマニホールド１００内の下部の液体の凍結とがほぼ同時に始まり、図９Ｂに示すように、凍結が進んでいくと、圧力発生室１２のノズル開口２１に連通する側の流路と、マニホールド１００に連通する側の流路とが凍結し、圧力発生室１２内の液体が凍結する際には膨張の圧力の逃げ場がない状態となり、破壊が生じてしまうことになる。
しかしながら、上述したとおり、モード１を実行して電源オフ又は節電状態となると、保護キャップ９によりノズル開口２１がキャッピングされていない状態となり、液体の量が少ない内のノズル開口２１内の液体が先に凍結するようになる。一方、マニホールド１００は、下方がコンプライアンス基板４５のコンプライアンス部４９となっている。コンプライアンス部４９は、ＳＵＳと可撓性の封止膜４６との積層構造からなる断熱構造を有し、空気層も介在しているので、ノズルプレート２０より熱伝導率が低く、液体の量も多いことと相まって、凍結が遅延する。これにより、ノズル開口２１側から凍結が進んで圧力発生室１２内の凍結に生じた場合にも、マニホールド１００に連通する側の流路が凍結していない状態であり、圧力発生室１２内の凍結に起因する圧力上昇はマニホールド１００側で吸収され、破壊が防止される。すなわち、本実施形態では、コンプライアンス部４９は、断熱部材であり、ノズルプレート２０より熱伝導率が低く、ＳＵＳと可撓性の封止膜４６と空気層との多層構造を有する。これにより、ノズル開口２１内の液体よりもマニホールド内の液体の凍結がさらに遅くなり、圧力発生室１２内のクラックをより確実に防ぐことができる。
この状態を示したのが図８である。図８において、液体はドットパターンで表し、凍結したものはハッチングで表す。
モード１により、保護キャップ９によりノズル開口２１がキャッピングされていない状態となると、図８Ａに示すように、液体の量が少ない内のノズル開口２１内の液体が先に凍結し、凍結が進んで、図８Ｂに示すように、圧力発生室１２内が凍結しても、マニホールド１００内ではほとんど凍結せず、圧力発生室１２内の圧力上昇による破壊が防止される。
（実施形態２）
上述した実施形態では、吸引キャップ８及び保護キャップ９の他に設けた液体受け皿１１０でフラッシング動作と、モード１及びモード２における液体受けを行うようにしたが、液体受け皿１１０は、液体噴射ヘッドユニット１の複数のヘッドの全てのノズル面に対向する寸法を有してなくてもよい。
図１０Ａは、液体噴射ヘッドユニット１の複数のヘッドの全てのノズル面に対向する寸法より小さい寸法の液体受け皿１１０Ａを設けたものである。この場合、モード１及びモード２では、液体噴射ヘッドユニット１の複数のヘッドのうち、相対的に垂れやすいヘッドのノズル面に対向するようにし、相対的に垂れ難いヘッドに対しては対向しないようにした。これにより、液体受け皿の小型化を図ることができ、省スペースを実現できる。なお、フラッシング動作は、液体噴射ヘッドユニット１を移動させながら、複数のヘッドを順番に行えばよい。
なお、垂れやすいヘッドとは、相対的に液体の粘性が低いヘッドや液体の表面張力の小さなヘッド、ノズル径が相対的に大きなヘッドである。また、凍結対策のモード１では、マニホールド１００内に気泡が多く入ったヘッドを選択するようにしてもよい。この場合、各ヘッドに対応するロック穴を複数設けおいてもよい。
（実施形態３）
上述した実施形態では、吸引キャップ８及び保護キャップ９の他に設けた液体受け皿１１０を設けてフラッシング動作と、モード１及びモード２における液体受けを行うようにしたが、液体受け皿１１０を設けず、吸引キャップ８で、モード１及びモード２における液体受けを行うようにしてもよい。この場合の構成を図１０Ｂに示す。これにより、部材を排除でき、低コスト化を実現できる。
なお、吸引キャップ８は、液体噴射ヘッドユニット１の複数のヘッドの全てのノズル面に対向する寸法を有してないので、対向するヘッドは実施形態２と同様に選択すればよい。また、吸引キャップ８の大きさを大きくして全ヘッドに対向できるようにしてもよい。
以上の点を除き、他は実施形態１と同様であるので、重複する説明は省略する。
なお、本実施形態でも、モード１、２では基本的には電源オフ又は節電状態が前提としてもよいが、必ずしも電源オフ又は節電状態を前提とする必要はない。すなわち、モード１の実施を、ユーザーの選択に掛からしめる場合であっても、検知手段の検知結果に掛からしめる場合であっても、モード１の実施により、液体受け皿１１０をノズル開口２１に対向させた状態で、キャリッジロック機構９１０によるキャリッジロックをする。また、モード３の実施により、保護キャップ９によりノズル開口２１がキャッピングされている状態で、キャリッジロック機構９１０によるキャリッジロックをする。これにより、電源オフ又は節電状態でなくてもモード１が実施されることで、マニホールド１００内の凍結に先立ってノズル開口２１内や圧力発生室１２内の凍結を進めることができ、圧力発生室内のクラックを防ぐことができる。また、キャリッジロック機構９１０によるキャリッジロックをするので、移動や搬送などの際の相対移動が防止される。
（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の基本的な構成は上述したものに限定されるものではない。
上述した実施形態では、流路形成基板１０とノズルプレート２０との間に連通板１５を具備する構成の記録ヘッドを例示したが、連通板１５を具備しない構成であってもよい。
図１１には、連通板を具備せず、流路形成基板１０にノズルプレート２０が直接接合した構成を例示する。なお、上述した実施形態と同一部材に同一符号を付して、説明は省略する。
また、上述した実施形態１〜３のインクジェット式記録装置Ｉでは、インクジェット式記録ヘッドＩＩ（ヘッドユニット１）がキャリッジ２に搭載されて主走査方向に移動するものを例示したが、特にこれに限定されず、例えば、インクジェット式記録ヘッドＩＩが固定されて、紙等の記録シートＳを副走査方向に移動させるだけで印刷を行う、所謂ライン式記録装置にも本発明を適用することができる。すなわち、インクジェット式記録ヘッドＩＩ（ヘッドユニット１）の往復移動は、主走査方向の移動に限られず、それ以外の方向の移動であってもよい。
また、上述した例では、インクジェット式記録装置Ｉは、インクタンク等の液体貯留手段を装置本体に固定して、液体貯留手段とインクジェット式記録ヘッドＩＩとをチューブ等の供給管を介して接続した例であるが、特にこれに限定されず、液体貯留手段がインクジェット式記録装置に搭載されていなくてもよい。また、液体貯留手段であるインクカートリッジがキャリッジ２に搭載された構成であってもよい。
さらに、上述した実施形態１〜３では、圧力発生室１２に圧力変化を生じさせる圧力発生手段として、薄膜型の圧電アクチュエーター３００を用いて説明したが、特にこれに限定されず、例えば、グリーンシートを貼付する等の方法により形成される厚膜型の圧電アクチュエーターや、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電アクチュエーターなどを使用することができる。また、圧力発生手段として、圧力発生室内に発熱素子を配置して、発熱素子の発熱で発生するバブルによってノズル開口から液滴を吐出するものや、振動板と電極との間に静電気を発生させて、静電気力によって振動板を変形させてノズル開口から液滴を吐出させるいわゆる静電式アクチュエーターなどを使用することができる。
また、上記実施の形態においては、液体噴射装置の一例としてインクジェット式記録ヘッドを有するインクジェット式記録装置を挙げて説明したが、本発明は、広く液体噴射装置全般を対象としたものであり、インク以外の液体を噴射する液体噴射ヘッドを具備する液体噴射装置にも勿論適用することができる。その他の液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンター等の画像記録装置に用いられる各種の記録ヘッド、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤ（電界放出ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等が挙げられ、かかる液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に適用できる。
Ｉ…インクジェット式記録装置（液体噴射装置）、ＩＩ…インクジェット式記録ヘッド（液体噴射ヘッド）、１…インクジェット式記録ヘッドユニット（液体噴射ヘッドユニット）、８…吸引キャップ、９…保護キャップ、１０…流路形成基板、２０…ノズルプレート、２０ａ…液体噴射面、２１…ノズル開口、３０…保護基板、４０…ケース部材、４５…コンプライアンス基板、５０…振動板、６０…第１電極、７０…圧電体層、８０…第２電極、１００…マニホールド、１０１…駆動回路、１０５…カバーヘッド（保護部材）、１１０、１１０Ａ…液体受け皿、９１０…キャリッジロック機構

Claims (8)

  1. 液体を吐出するノズルが設けられたノズル面を有し、往復移動するヘッドと、
    前記ヘッドの往復移動を規制するロック機構と、
    液体を受ける液体受け皿と、
    を備え、
    前記ヘッドの前記ノズル面は、前記ロック機構により往復移動が規制された状態において、前記液体受け皿と対向し、かつ、離間しており、
    前記液体受け皿と対向して前記ロック機構により往復移動が規制された状態のヘッドは、前記ノズルと連通するマニホールド内に気泡を含んでいる、
    ことを特徴とする液体噴射装置。
  2. 前記ロック機構は、第１の位置および第２の位置のそれぞれにて、前記ヘッドの往復移動を規制し、
    前記ヘッドは、前記ロック機構により前記第１の位置にて往復移動が規制された状態において、前記液体受け皿と対向し、かつ、離間し、
    前記ヘッドは、前記ロック機構により前記第２の位置にて往復移動が規制された状態において、キャップと対向し、かつ、接触している、
    ことを特徴とする請求項１記載の液体噴射装置。
  3. 前記液体受け皿は、排出路と接続された排出口を前記ノズル面に対向する面に有し、
    前記キャップは、前記ノズル面と密着して間に閉空間を形成するリブと、前記閉空間と大気とを連通させる大気開放経路とを有する、
    ことを特徴とする請求項２記載の液体噴射装置。
  4. 前記液体受け皿は、前記ノズルから液体を吸引するためのポンプと接続されている、
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の液体噴射装置。
  5. 前記キャップは、前記ヘッドの往復移動により昇降し、
    前記液体受け皿は、前記ヘッドの往復移動により昇降しない、
    ことを特徴とする請求項３記載の液体噴射装置。
  6. 前記液体受け皿は、フラッシングの際に前記ヘッドから吐出される液体を受ける、
    ことを特徴とする請求項３〜５の何れか一項記載の液体噴射装置。
  7. 前記液体受け皿は、複数種類の液体のうち、最も垂れやすい液体のノズルに対向し、最も垂れにくい液体のノズルに対向しない寸法を有する、
    ことを特徴とする請求項３〜６の何れか一項記載の液体噴射装置。
  8. 前記ロック機構は、互いにかみ合う凹部と凸部との一方であり、
    前記ヘッド又はキャリッジは、前記凹部と凸部との他方を、複数有する、
    ことを特徴とする請求項３〜７の何れか一項記載の液体噴射装置。
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